申请日2017.11.23
公开(公告)日2018.02.23
IPC分类号C02F9/14; C02F103/30; C02F101/38
摘要
本发明公开偶氮印染废水处理方法和设备，方法包括高温厌氧强化染料脱色和多级AO控氧模式下强化脱氮两个过程，设备包括进水泵、厌氧反应器、多级AO反应器、出水泵及曝气泵，印染废水先在厌氧反应器中进行厌氧反应，有机碳源作为电子供体使染料的偶氮键断裂，实现染料的脱色。通过高温投加导电介质等强化电子传递以提高低有机物浓度条件下偶氮印染废水的脱色率。厌氧反应后以氨氮为主的出水流入多级AO反应器，在好氧段将氨氮转化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮;厌氧反应后剩余的有机碳源作为电子供体在缺氧段将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原至氮气。通过多级AO模式下控制溶解氧浓度抑制亚硝酸盐氧化菌活性，促进亚硝化作用，实现短程硝化反硝化来提高脱氮率。
摘要附图
权利要求书
1.一种偶氮印染废水处理方法，包括厌氧脱色过程和多级AO控氧模式下的脱氮过程，其中：
所述厌氧脱色过程包括：将偶氮印染废水通入一装有活性污泥的厌氧反应器中进行厌氧脱色反应，使废水中的偶氮染料降解;其中，反应温度为30～35℃;
所述脱氮过程包括：将经过厌氧脱色处理后的废水通入一装有活性污泥的多级AO反应器中进行多级AO反应，以进行脱氮;所述多级AO反应包括依次进行的第一缺氧段、第一好氧段、第二缺氧段和第二好氧段，其中：
第一缺氧段包括对前一多级AO反应周期剩余的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮进行反硝化，生成氮气并排放到大气中;
第一好氧段进行硝化，通过曝气使废水中的氨氮发生氧化得到亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，其中，通过控制溶解氧浓度为1～2mg/L来抑制亚硝酸盐氮被氧化为硝酸盐氮的过程;
第二缺氧段继续对废水中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮进行反硝化，生成氮气并排放到大气中;
第二好氧段继续对废水中剩余的氨氮进行硝化，通过曝气使剩余的氨氮氧化为硝酸盐氮，其中，溶解氧浓度控制在1～2mg/L。
2.如权利要求1所述的偶氮印染废水处理方法，其特征在于：所述厌氧脱色过程还包括加入导电材料或介导体，用以强化染料脱色过程的电子传递。
3.如权利要求1所述的偶氮印染废水处理方法，其特征在于：所述厌氧反应器中的活性污泥与所述多级AO反应器中的活性污泥具有不同的浓度。
4.如权利要求3所述的偶氮印染废水处理方法，其特征在于：所述厌氧反应器中的活性污泥浓度为5.17±0.33g/L;所述多级AO反应器中的活性污泥浓度为2.11±0.28g/L。
5.如权利要求1所述的偶氮印染废水处理方法，其特征在于：所述厌氧脱色过程的一个周期为6h，包含4.5～5h的厌氧搅拌和反应后40～50min的静置沉淀。
6.如权利要求1所述的偶氮印染废水处理方法，其特征在于：所述脱氮过程的一个周期为6h，其中第一缺氧段、第一好氧段和第二缺氧段分别为1小时，第二好氧段为2小时，反应后静置沉淀为50分钟，出水为10分钟;所述第一缺氧段的1小时包含进水的10分钟。
7.一种偶氮印染废水处理设备，用于进行权利要求1至6任一项所述的处理方法，所述处理设备包括厌氧反应器和多级AO反应器;
所述厌氧反应器用于进行偶氮印染废水的厌氧脱色反应，且包含有温度控制装置，用于控制所述厌氧脱色反应的温度;
所述多级AO反应器的进水端连接于所述厌氧反应器的出水端，用于对经过所述厌氧脱色反应的废水进行多级AO反应，以进行脱氮;所述多级AO反应器包含有曝气装置和控氧装置，分别用于向外界排放缺氧段产生的氮气以及控制好氧段的溶解氧浓度。
8.如权利要求7所述的偶氮印染废水处理设备，其特征在于：还包括第一、第二进水泵以及第一、第二出水泵，第一进水泵和第一出水泵分别连接于所述厌氧反应器的进水口和出水口，第二进水泵和第二出水泵分别连接于所述多级AO反应器的进水口和出水口;所述第一出水泵和所述第二进水泵之间还设有一中间蓄水装置。
9.如权利要求8所述的偶氮印染废水处理设备，其特征在于：还包括定时器，用于控制第一、第二进水泵以及第一、第二出水泵的开闭。
10.如权利要求7所述的偶氮印染废水处理设备，其特征在于：所述曝气装置为曝气泵。
说明书
一种偶氮印染废水处理方法和设备
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是印染废水处理，具体涉及一种耦合高温强化厌氧染料脱色和多级AO控氧强化脱氮的印染废水处理方法和相关的设备，专门用于处理偶氮印染废水，进行厌氧脱色和控氧脱氮。
背景技术
印染工业是各国工业发展中的重要组成部分，根据世界银行的统计，印染工业废水约占工业废水的17～20%。我国印染工业数据统计表示，2015年我国分散染料生产量为44.71万吨，约占全国染料总产量的48.29%，其中偶氮类染料约75%、蒽醌类约20%、杂环类约5%。印染工业废水具有有机物浓度高、含氮化合物浓度高和碱度高等特征，属于高浓度难降解有机废水。我国2012年颁布的印染工业相关工业水污染物排放标准GB 4287-2012、GB 28936-2012、GB 28937-2012和GB 28938-2012中，规定工业废水排放中色度限值50，总氮限值15-20mg/L，氨氮限值10-15mg/L，苯胺类限值1.0mg/L。因此印染工业废水中色度和氮的去除是处理的重要目标。
印染废水的处理方法一般分为物理法、化学法和生物法，其中生物法成本低、环境污染小且污泥产量低，成为了使用最广泛的方法。生物法的处理效率取决于微生物种群及其酶活性，目前已经发现多种细菌、真菌和藻类具有处理染料废水的能力。通过微生物作用降解染料，大多采用厌氧/好氧耦合过程。
偶氮染料的降解过程是通过偶氮键(-N=N-)断裂实现，在厌氧过程中需要4个电子来断裂偶氮键，其中2个电子将偶氮双键断裂成单键，另2个电子将单键断裂，生成芳香胺类的有毒中间产物后，在好氧过程实现完全矿化或发生自氧化作用。印染废水的生物处理一般需要较长的水力停留时间和较高的有机物浓度，且脱色率不能达到100%。目前应用的生物处理类型主要有厌氧/好氧SBR模式，厌氧过程处理温度25～35℃，COD浓度300～3000mg/L，水力停留时间6～48h，色度去除率约为69.1%～99.2%。在有机物浓度低和水力停留时间短的条件下，色度去除率较低，因此未来要考虑强化染料在厌氧过程中的降解，降低处理成本，提高处理效果。
与传统硝化-反硝化工艺相比，短程硝化-反硝化处理氨氮废水的优势在于：(1)节省25%的供养量;(2)节省40%的有机碳源需求量;(3)减少63%的污泥产量;(4)基于NO2-N反硝化速率是基于NO3-N反硝化速率的1.5～2倍。针对污水进水碳源不足等问题，基于多级AO运行的模式可以抑制亚硝酸盐氧化菌，强化亚硝化脱氮。张双圣等人的研究中表示厌氧水解-分点进水倒置A2O工艺处理低含量印染废水，氨氮和总氮的去除率分别为96.59%和45.52%。操家顺等人研究UASB-A/LO/O组合工艺处理高含氮印染废水强化脱氮的效果，发现污泥回流比为50%时，氨氮和总氮去除率可以达到95.5%和73.5%。针对印染废水处理工艺中氮去除的研究较少，主要研究传统工艺的脱氮效率，因此短程硝化反硝化在印染废水处理中的应用有待进一步研究。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种低浓度有机碳源条件下对偶氮印染废水进行高温厌氧脱色和多级AO控氧模式下进行脱氮的处理方法，以提高低有机物浓度条件下偶氮印染废水的脱色率，并通过在多级AO模式下控制溶解氧浓度，抑制亚硝酸盐氧化菌活性，促进亚硝化作用，实现短程硝化反硝化来提高脱氮效果。
本发明为达上述目的提出了以下技术方案：
一种偶氮印染废水处理方法，包括厌氧脱色过程和多级AO控氧模式下的脱氮过程，其中：
所述厌氧脱色过程包括：将偶氮印染废水通入一装有活性污泥的厌氧反应器中进行厌氧脱色反应，使废水中的偶氮染料降解;其中，反应温度为30～35℃;
所述脱氮过程包括：将经过厌氧脱色处理后的废水通入一装有活性污泥的多级AO反应器中进行多级AO反应，以进行脱氮;所述多级AO反应包括依次进行的第一缺氧段、第一好氧段、第二缺氧段和第二好氧段，其中：
第一缺氧段包括对前一多级AO反应周期剩余的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮进行反硝化，生成氮气并排放到大气中;
第一好氧段进行硝化，通过曝气使废水中的氨氮发生氧化得到亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，其中，通过控制溶解氧浓度为1～2mg/L来抑制亚硝酸盐氮被氧化为硝酸盐氮的过程;
第二缺氧段继续对废水中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮进行反硝化，生成氮气并排放到大气中;
第二好氧段继续对废水中剩余的氨氮进行硝化，通过曝气使剩余的氨氮氧化为硝酸盐氮，其中，溶解氧浓度控制在1～2mg/L。
本发明的发明人经过研究发现：1)厌氧反应阶段的后期即产甲烷的阶段，并不能进一步提升脱色效果，即对染料的降解没有贡献;2)另一方面，还发现脱色反应过程中30～35℃时脱色率是25℃时脱色率的2～3倍;3)多级AO模式下低溶解氧浓度有助于第一好氧段实现亚硝酸盐氮的积累，从而实现短程硝化反硝化和强化脱氮效果，提高脱氮率。鉴于此，本发明提出了上述处理方法，通过控制厌氧脱色过程的反应温度在较高的温度30～35℃，强化电子传递，从而提高染料的降解速率以及脱色率;另外，由于染料降解速率的提高，可以缩短厌氧过程的周期，从而可以避免厌氧反应进入到后期的产甲烷阶段，又更进一步地缩短了脱色过程的周期。在多级AO反应阶段，通过控制好氧段的溶解氧浓度在一较低范围，来抑制第一好氧段的亚硝酸盐氮被进一步氧化为硝酸盐氮的过程，以此来在第一好氧段积累亚硝酸盐氮实现短程硝化反硝化，提高最终的脱氮率。
在一优选方案中，所述厌氧脱色过程还包括加入导电材料或介导体，用以强化厌氧过程的电子传递。偶氮染料降解过程中偶氮键的断裂需要电子，因此加入导电材料或介导体，可以加快电子传递，提高偶氮染料的降解速率，从而提高脱色率。
在另一优选方案中，所述厌氧脱色反应的反应温度为30℃。经过对比发现30℃和35℃左右的脱色率没有明显差别，因此可以不必将反应温度提升至35℃，以此来节约能源。
本发明另还提出了一种偶氮印染废水处理设备，用于进行前述处理方法，所述处理设备包括厌氧反应器和多级AO反应器;所述厌氧反应器用于进行偶氮印染废水的厌氧脱色反应，且包含有温度控制装置，用于控制所述厌氧脱色反应的温度;所述多级AO反应器的进水端连接于所述厌氧反应器的出水端，用于对经过所述厌氧脱色反应的废水进行多级AO反应，以进行脱氮;所述多级AO反应器包含有曝气装置和控氧装置，分别用于向外界排放缺氧段产生的氮气以及控制好氧段的溶解氧浓度。
